第一章 电力系统的基本概念

电力工程电力系发电教研室郝育黔一．课程性质、目的和任务二．主要内容：电力系统分析——稳态分析和暂态分析发电厂电气部分继电保护原理课程介绍电力系统稳态分析电力系统分析正常稳态分析计算（U、I、P、Q、f）运行调整和优化电力系统的基本概念各元件的特性和模型潮流计算调频调压经济运行电力系统暂态分析电磁暂态分析（故障分析）稳定性分析发电机的电磁暂态分析对称故障（三相短路）不对称短路静态稳定暂态稳定参考资料1、电力系统分析复习指导与习题精解杨淑英中国电力出版社2、电力系统习题集陆敏政上海电力学院课程要求1、侧重基础、概念2、掌握一些简单计算3、欢迎讨论、提意见4、考试内容：不超出课堂讲授的内容，作业第一章电力系统的基本概念1－1电力系统概述1－2电力系统运行的特点和基本要求1－3电力系统负荷1－4电力系统结线方式和电压等级升压变压器火电厂风电场高压输电网降压变压器用户水电厂一、电力系统、电力网、动力系统1－1电力系统概述电力系统——是由发电机（发电厂）、变压器（变电站）、电力线路及用户组成的。电力网络——是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。动力系统——在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。1－1电力系统概述1－1电力系统概述(一)发电厂分类（1）火电：锅炉－汽轮机－发电机（2）水电：水库－水轮机－发电机（3）核电：核反应堆－汽轮机－发电机（4）其它：如风能、地热能、太阳能、潮汐等1－1电力系统概述（1）火力发电火电发电燃料燃烧水蒸汽机械能发电火电厂凝汽式—效率低（37~40%）、容量大，坑口电厂热电厂—效率高（67~70%）、容量小，城市区1－1电力系统概述火力发电厂1－1电力系统概述火力发电厂1－1电力系统概述火力发电厂1－1电力系统概述（2）水力发电水冲击水轮机旋转带动发电机发电水电厂堤坝式引水式：河床坡度较大时坝后式：单独筑坝，厂房在坝后（三门峡）河床式：厂房与坝一起（葛州坝）混合式：兼有堤坝式与引水式抽水蓄能水电厂（2）水力发电1－1电力系统概述三峡电站1－1电力系统概述（3）核电厂核能用核蒸汽发生系统代替火电厂锅炉生产蒸汽系统裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）聚变能：不同轻元素的原子核进行聚合（氘、氚）1－1电力系统概述•1951年第一座100KW核电站在美国•现在全世界有441座，总装机3.5亿kw•我国秦山（30+2*60+2*70），大亚湾（2*90万KW）•2004年7月前701万kw（9座），即将在浙江三门、广东阳江，江苏田湾各建200万kw，投资500亿人民币•2020年我国装机达8-8.5亿kw,其中核电3200万kw•未来17年计划修建30座100万kw核电站•核电投资大：1.1~1.65万元/kw；火电：4000元/kw•建设周期：核电70个月；火电：30个月•核电比火电寿命长30年（3）核电厂1－1电力系统概述1－1电力系统概述（3）核电厂（4）新能源发电1－1电力系统概述(二)变电站分类（按电压等级和地位）枢纽变电站终端变电站(三)电网分类（按供电范围和电压等级）地方电力网35kv区域电力网110~220kv远距离输电网330kv1－1电力系统概述（四）电力系统联网的意义1.可以安装容量大机组，减少备用容量2.可以合理利用动力资源水电、火电联网3.可以提高供电可靠性单机故障对用户供电影响不大4.可以提高运行的经济性机组间合理分配负荷，减少能源消耗1－1电力系统概述1－1电力系统概述二、电力系统常用术语总装机容量——指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。年发电量——指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。最大负荷——指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。1－1电力系统概述额定频率——按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。最高电压等级——是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。三、我国电力工业和电力系统简介1）发电量：1980年以来，平均年增长率9％，现为世界第二位。2）装机容量：居世界第二位。年份装机容量（万kW）年发电量（亿kWh）1949184.8643.1198710000496019952100010000200030000130002005500003）年人均电量：我国：1000kW.h/人年中等发达国家：7000kW.h/人年北欧、美国：18000kW.h/人年4）缺电问题与城乡电网改造电力工业跟不上国民经济的发展速度是造成缺电的重要原因我国在发电、输电、配电各方面投资比例失调是缺电的另一个方面原因。发电、输电、配电比例美国1:0.43:0.7日本1:0.47:0.68英国1:0.45:0.78我国1:0.21:0.12两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限责任公司；５家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司；４家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司。5)电力体制改革方案：1(电监会)+2(电网公司)+5(发电集团)+4(辅业集团)6）我国主要电力系统简介全国联网势在必行现在：7个跨省电网，5个独立省网2015年全国联网：以三峡电站为中心，东西南北四方向联网东西以送电和联网效益并重南北以获得联网效益为主，兼顾送电联网方案：首先建成三峡电网（华东、华中、四川、重庆）中部电网：以三峡电站为中心沿长江展开北部电网：以华北为中心，与东北、山东联网，开发黄河上游拉西瓦等水电站，实现与西北联网南部电网：红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地1－2电力系统运行应满足的基本要求一、电力系统运行特点电能不能大量储存暂态过程非常短促与国民经济及日常生活关系密切1－2电力系统运行应满足的基本要求二、对电力系统的要求保证安全可靠的供电（安全）保证良好的电能质量（优质）良好的经济性（经济）提供充足的电能（充足）环保问题（环保）1－2电力系统运行应满足的基本要求1、安全：（保证可靠的供电）事故原因：人为、设备本身、自然灾害减少事故措施严密监视：SCADA设备检修提高人员素质1－2电力系统运行应满足的基本要求负荷分类（按负荷对供电可靠性要求分）一类负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。二类负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。三类负荷：所有不属于一、二级的负荷。1－2电力系统运行应满足的基本要求2、优质衡量电能质量指标：电压偏移：≥35kV±5%≤10kV±7%380V≤5%频率偏移：±0.2~0.5Hz谐波畸变率：负荷谐波1－2电力系统运行应满足的基本要求3、经济EX:一台600MW火电机组，年利用小时6000h，煤耗率320g/kW.h，煤价：300元/吨。Sol：年发电量：600000kW×6000h＝36亿kW.h需标煤：36亿kW.h×320g/kW.h＝115.2万吨标煤燃料费：115.2万吨×300元/吨＝34560万元1%节约：燃料：1.152万吨标煤燃料费：345.6万元厂用电率网损煤耗率（水耗率）1－2电力系统运行应满足的基本要求4、充足5、环保火电厂装机＞70％煤炭燃烧造成的污染限制污染物的排放量1-3电力系统的负荷和负荷曲线一．电力系统的负荷1、负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称电力系统的综合用电负荷。是所有用户的负荷总加。2、负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运输业、商业、生活等。3、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。4、电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。1-3电力系统的负荷和负荷曲线二．负荷曲线：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律1.日负荷曲线一天的总耗电量日平均负荷240PdtAd24024124PdtAPdav负荷率km最小负荷系数maxPPkavmmaxminPP(a）钢铁工业负荷；(b)食品工业负荷；(c)农村加工负荷；(d)市政生活负荷2.年最大负荷曲线：描述一年内每月（或每日）最大有功功率负荷变化的情况3.年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗电量PdtA87600最大负荷利用小时数TmaxPdtPPAT87600maxmaxmax1年最大负荷曲线A=PmaxTmax表各类用户的年最大负荷利用小时数负荷类型Tmax/h户内照明及生活用电2000~3000一班制企业用电1500~2200二班制企业用电3000~4500三班制企业用电6000~7000农灌用电1000~15001－4电力系统的结线方式和电压等级放射式干线式树状无备用结线包括单回路放射式、干线式和链式网络优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差适用范围：二级负荷一、结线方式1－4电力系统的结线方式和电压等级环行网络双端供电有备用结线包括双回路放射式、干线式和链式网络优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济适用范围：电压等级较高或重要的负荷1－4电力系统的结线方式和电压等级二、电压等级及其适用范围1、电力系统的额定电压等级制定电压等级的原因：三相功率正比于线电压及线电流（S=UI）。经济性：当输送功率一定时，输电电压愈高，则输送电流愈小，因而所用导线截面积愈小；但电压愈高对绝缘的要求愈高，杆塔、变压器、断路器的绝缘投资也愈大。因而对应于一定的输送功率与输送距离应有一最佳的输电电压。标准化：从设备制造的经济性以及运用时便于代换，必须规格化、系列化，且等级不宜过多1－4电力系统的结线方式和电压等级1、电力系统的额定电压等级我国规定的电力系统额定电压等级（KV）：3、6、10、35、（60）、110、（154）、220、330、500KV额定电压等级变压器线电压用电设备额定线电压交流发电机线电压一次绕组二次绕组3610351102203305003.156.310.53及3.156及6.310及10.5351102203305003.15及3.36.3及6.610.5及1138.5121242345及363525及5502、电气设备额定电压1－4电力系统的结线方式和电压等级1－4电力系统的结线方式和电压等级由上表看出在同一系统额定电压下电气设备的额定电压是不同的，如何确定？①用电设备的额定电压与系统的额定电压相同VaVb②线路的额定电压1－4电力系统的结线方式和电压等级线路两端都可以接用电设备,而用电设备的容许电压偏移一般为±5%；沿线路的电压降落一般为10%；线路首端电压：Ua=UN(1+5%)线路末端电压：Ub＝UN(1－5%)ULN＝（Ua＋Ub）∕2=UN线路额定电压即线路的平均电压(Ua＋Ub)/2。1－4电力系统的结线方式和电压等级③发电机的额定电压发电机通常接于线路始端，因此发电机的额定电压为线路额定电压的1.05倍UGN＝UN（1＋5％）③变压器的额定电压变压器一次侧：额定电压取等同于用电设备额定电压，对于直接和发电机相联的变压器，其一次侧额定电压等于发电机的额定电压即：U1N＝UGN＝UN（1＋5％）1－4电力系统的结线方式和电压等级二次侧：相当于电源，额定电压取比线路额定电压高5%。因变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压，而额定负荷下变压器内部电压降落约为5%。为使正常时变压器二次侧电压较线路额定电压高5%，变压器二次侧额定电压取比线路额定电压高10%。3、各级电压等级架空线路的输送能力额定电压kV输送容量MVA输送距离km额定电压kV输送容量MVA输送距离k